KR102446774B1 - Fuel cell membrane humidifier - Google Patents
Fuel cell membrane humidifier Download PDFInfo
- Publication number
- KR102446774B1 KR102446774B1 KR1020170152490A KR20170152490A KR102446774B1 KR 102446774 B1 KR102446774 B1 KR 102446774B1 KR 1020170152490 A KR1020170152490 A KR 1020170152490A KR 20170152490 A KR20170152490 A KR 20170152490A KR 102446774 B1 KR102446774 B1 KR 102446774B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- fluid
- control unit
- cell membrane
- housing
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 title claims abstract description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 77
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 46
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
- F24F2003/1435—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Air Humidification (AREA)
Abstract
본 발명은 연료전지의 출력 부하에 따라 연료전지 막가습기로 유입되는 공급 공기의 유로를 조절하여 가습량 조절이 가능한 연료전지 막가습기에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,
내부에 제1 유체가 흐르고, 외부에 제2 유체가 흐르면서 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 수분 교환을 수행하는 중공사막들이 수용된 하우징부를 포함하는 연료전지 막가습기로서, 연료전지 스택의 출력상태에 따라 상기 하우징부로 유입되는 제1 유체의 유동 방향을 조절하는 유로 조절부를 포함한다.The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier capable of controlling the amount of humidification by controlling the flow path of supply air flowing into the fuel cell membrane humidifier according to the output load of the fuel cell,
A fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention,
As a fuel cell membrane humidifier including a housing in which a first fluid flows inside and a second fluid flows outside, the hollow fiber membranes in which the first fluid and the second fluid perform moisture exchange are accommodated, the output state of the fuel cell stack and a flow path control unit for controlling a flow direction of the first fluid flowing into the housing unit according to the flow rate.
Description
본 발명은 연료전지 막가습기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연료전지의 출력 부하에 따라 연료전지 막가습기로 유입되는 공급 공기의 유로를 조절하여 가습량 조절이 가능한 연료전지 막가습기에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier, and more particularly, to a fuel cell membrane humidifier capable of controlling the amount of humidification by controlling the flow path of supply air flowing into the fuel cell membrane humidifier according to the output load of the fuel cell.
연료 전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료 전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배가량 높다는 장점이 있다. A fuel cell is a power generation type cell that produces electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as dry cells and storage batteries, fuel cells can continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, and there is no heat loss, so the efficiency is about twice that of an internal combustion engine.
또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. In addition, since the chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy, the emission of pollutants is low. Accordingly, the fuel cell has the advantage of being environmentally friendly and reducing concerns about resource depletion due to increased energy consumption.
이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체 산화물형 연료 전지(SOFC), 및 알칼리형 연료 전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. These fuel cells are largely classified according to the type of electrolyte used: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell ( SOFC), and alkaline fuel cells (AFCs).
이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.Although each of these fuel cells operates based on the same principle, the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, etc. are different from each other. Among them, the polymer electrolyte fuel cell is known to be the most promising not only in small-scale stationary power generation equipment but also in transportation systems because it operates at a lower temperature than other fuel cells and can be miniaturized due to its high power density.
고분자 전해질형 연료 전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer Electrolyte Membrane 또는 Proton Exchange Membrane: PEM)에 일정량 이상의 수분을 공급함으로써 함수율을 유지하도록 하는 것이다. 고분자 전해질 막이 건조되면 발전 효율이 급격히 저하되기 때문이다. One of the most important factors in improving the performance of a polymer electrolyte fuel cell is supplying a certain amount of moisture to the polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane or Proton Exchange Membrane: PEM) of the membrane-electrode assembly (MEA). This is to maintain the moisture content. This is because when the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency is rapidly reduced.
고분자 전해질 막을 가습하는 방법으로는, 1) 내압용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 2) 연료 전지 반응에 필요한 공급 수분량을 계산하여 솔레노이드 밸브를 통해 가스 유동관에 직접 수분을 공급하는 직접 분사(direct injection) 방식, 및 3) 고분자 분리막을 이용하여 가스의 유동층에 수분을 공급하는 가습 막 방식 등이 있다. As a method of humidifying a polymer electrolyte membrane, 1) a bubbler humidification method in which water is supplied by filling a pressure-resistant container with water and passing a target gas through a diffuser, 2) the amount of supplied water required for fuel cell reaction There are a direct injection method in which moisture is calculated and directly supplying moisture to a gas flow pipe through a solenoid valve, and 3) a humidification membrane method in which moisture is supplied to a fluidized bed of gas using a polymer membrane.
이들 중에서도 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 가스에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 가습막 방식이 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.Among them, the humidification membrane method of humidifying the polymer electrolyte membrane by providing water vapor to the gas supplied to the polymer electrolyte membrane using a membrane that selectively transmits only water vapor contained in the exhaust gas is advantageous in that the humidifier can be reduced in weight and size.
가습 막 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 가습기를 제조할 경우 접촉 표면적이 넓은 중공사막의 고집적화가 가능하여 소용량으로도 연료 전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료 전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다. The selective permeable membrane used in the humidification membrane method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when forming a module. That is, when a humidifier is manufactured using a hollow fiber membrane, high integration of the hollow fiber membrane with a large contact surface area is possible, so that the fuel cell can be sufficiently humidified even with a small capacity, low-cost materials can be used, and the fuel cell discharges at high temperature. It has the advantage that it can be reused through a humidifier by recovering moisture and heat contained in the unreacted gas.
한편, 연료전지는 연료전지 스택에 공급되는 공기의 가습 상태에 따라 성능 및 내구성이 좌우된다. 즉, 공급되는 공기에 수분이 부족할 경우, dry 현상이 발생하고, 공급되는 공기에 수분이 너무 많을 경우 flooding 현상이 발생하게 되어, 스택의 성능 및 내구에 큰 영향을 미치게 된다.Meanwhile, the performance and durability of the fuel cell depend on the humidification state of the air supplied to the fuel cell stack. That is, when the supplied air lacks moisture, dry phenomenon occurs, and when there is too much moisture in the supplied air, flooding occurs, which greatly affects the performance and durability of the stack.
따라서, 적절한 수분을 스택에 공급해 주는 것이 스택의 성능 및 내구에 있어서 매우 중요하며, 이를 위해서는 필수적으로 가변적으로 가습을 제어할 수 있어야만 한다.Therefore, supplying appropriate moisture to the stack is very important for the performance and durability of the stack, and for this, humidification must be variably controlled.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 연료전지의 출력 부하에 따라 연료전지 막가습기로 유입되는 공급 공기의 유로를 조절하여 가습량 조절이 가능한 연료전지 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was derived to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell membrane humidifier capable of controlling the humidification amount by adjusting the flow path of the supply air flowing into the fuel cell membrane humidifier according to the output load of the fuel cell. .
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,A fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention,
내부에 제1 유체가 흐르고, 외부에 제2 유체가 흐르면서 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 수분 교환을 수행하는 중공사막들이 수용된 하우징부를 포함하는 연료전지 막가습기로서, 연료전지 스택의 출력상태에 따라 상기 하우징부로 유입되는 제1 유체의 유동 방향을 조절하는 유로 조절부를 포함한다.As a fuel cell membrane humidifier including a housing in which a first fluid flows inside and a second fluid flows outside, the hollow fiber membranes in which the first fluid and the second fluid perform moisture exchange are accommodated, the output state of the fuel cell stack and a flow path control unit for controlling a flow direction of the first fluid flowing into the housing unit according to the flow rate.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 하우징부는, 상기 제1 유체가 유입되는 제1 유체 유입구와, 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 유출구가 형성된 하우징 캡과, 상기 제2 유체가 유입되는 제2 유체 유입구와, 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 유출구가 형성된 하우징 몸체를 포함할 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, the housing unit includes: a housing cap having a first fluid inlet through which the first fluid flows, and a first fluid outlet through which the first fluid flows; It may include a housing body having a second fluid inlet through which the second fluid flows, and a second fluid outlet through which the second fluid flows.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 하우징 캡과 상기 하우징 몸체는 일체형으로 형성될 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the housing cap and the housing body may be integrally formed.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 유로 조절부는, 상기 제1 유체 유입구에 형성될 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the flow path control unit may be formed in the first fluid inlet.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 유로 조절부는, 상기 제1 유체 유입구가 형성된 하우징 캡에 회전 가능하도록 설치된 조절 플레이트와, 상기 조절 플레이트의 회전을 지지하는 지지바를 포함할 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the flow path control unit may include a control plate rotatably installed on the housing cap having the first fluid inlet formed therein, and a support bar for supporting the rotation of the control plate. have.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 연료전지 스택의 출력상태를 감지하는 센싱부와, 상기 센싱부에 의해 감지되는 출력상태에 따라 상기 제1 유체의 유동 방향을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, a sensing unit for sensing an output state of the fuel cell stack, and a control for controlling the flow direction of the first fluid according to the output state sensed by the sensing unit It may include a control unit for outputting a signal.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 중공사막들은 상기 하우징부 내부에 카트리지 형태로 수용될 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the hollow fiber membranes may be accommodated in the housing in the form of a cartridge.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of implementations according to various aspects of the invention are included in the detailed description below.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 연료전지의 출력 부하에 따라 연료전지 막가습기로 유입되는 공급 공기의 유로를 조절하여 가습량 조절이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to control the amount of humidification by adjusting the flow path of the supply air flowing into the membrane humidifier of the fuel cell according to the output load of the fuel cell.
또한, 연료전지 스택으로 유입되는 공기의 가습량을 적절히 조절할 수 있으므로, 가습 과소 또는 가습 과다에 따른 dry 현상 또는 flooding 현상을 방지할 수 있게 되어, 연료전지 스택의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다. In addition, since the amount of humidification of the air flowing into the fuel cell stack can be appropriately adjusted, a dry phenomenon or flooding phenomenon caused by under-humidification or excessive humidification can be prevented, thereby improving the performance and durability of the fuel cell stack.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 응용예가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 동작 상태가 도시된 도면이다.1 is a perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating an application example of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are views showing the operating state of the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기를 설명한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Hereinafter, a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 응용예가 도시된 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이다.1 is a perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an application example of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view showing a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기는, 하우징부(100), 중공사막 모듈(200), 유로 조절부(300)를 포함한다.As shown, the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention includes a
하우징부(100)는 막가습기의 외형을 이룬다. 하우징부(100)는 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들을 포함할 수 있고, 이들이 결합된 일체형일 수도 있다. 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들은 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다. The
또한, 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들은 폭 방향 단면 형상이 다각형이거나, 또는 원형일 수 있다. 상기 다각형은 사각형, 정사각형, 사다리꼴, 평행사변형, 오각형, 육각형 등일 수 있으며, 상기 다각형은 모서리가 라운드진 형태일 수도 있다. 또한, 상기 원형은 타원형일 수도 있다.In addition, the
하우징 몸체(110)의 양단에는 각각 제2 유체가 공급되는 제2 유체 유입구(131)와 제2 유체가 배출되는 제2 유체 유출구(132)가 형성되어 있다.A second fluid inlet 131 through which the second fluid is supplied and a
하우징 캡(120)은 하우징 몸체(110)의 각 양단에 결합된다. 각각의 하우징 캡(120)에는 제1 유체 유입구(121) 및 제1 유체 유출구(122)가 형성되어 있다. 일측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유입구(121)로 유입된 제1 유체는 중공사막 모듈(200) 내부로 유입되어 중공사막의 내부 관로를 통과하고 중공사막 모듈(200) 외부로 유출된 후, 타측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유출구(122)로 빠져나가게 된다. 상기에서 제1 유체는 저습의 유체이며 제2 유체는 고습의 유체일 수 있다. 또는, 제2 유체가 저습의 유체이고, 제1 유체가 고습의 유체일 수도 있다. The
중공사막 모듈(200) 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된 중공사막 다발이 배치되거나, 복수의 중공사막이 수용된 복수의 카트리지(C, 도 2 참조)가 배치될 수 있다.A hollow fiber membrane bundle accommodating a plurality of hollow fiber membranes selectively passing moisture through is disposed inside the hollow
중공사막 모듈(200) 내부 또는 카트리지(C) 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된다. 중공사막(210)은, 예를 들어 나피온(Nafion) 재질, 폴리에테르이미드(polyetherimide) 재질, 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone) 재질의 중공사막이 될 수 있다. 상기 중공사막(210)은 수분 교환의 정도 차이는 있으나, 대체적으로 제1 유체와 제2 유체 사이의 수분을 교환하는 기능을 수행한다.A plurality of hollow fiber membranes for selectively passing moisture are accommodated in the hollow
중공사막 모듈(200)의 양단부에는 중공사막(210)들을 결속하면서 중공사막들의 사이의 공극을 메우는 포팅부(140)가 형성된다. 이로써, 중공사막 모듈(200)은 양단부가 포팅부에 막히어 그 내부에는 제2 유체가 통과하는 유로가 형성된다. 포팅부의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.A
유로 조절부(300)는 연료전지 스택의 출력상태에 따라 하우징부(100)로 유입되는 제1 유체의 유동 방향을 조절한다. 유로 조절부(300)는 하우징부(100)로 유입되는 제1 유체의 유로 방향을 조절하여 제2 유체에 의해 가습되는 제1 유체의 가습량을 조절한다. 이를 위해, 유로 조절부(300)는 제1 유체가 유입되는 제1 유체 유입구(121)에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 유로 조절부(300)는 제1 유체 유입구(121)가 형성된 하우징 캡(120)에 형성될 수 있다.The flow path control
유로 조절부(300)는, 예를 들어, 제1 유체 유입구(121)가 형성된 하우징 캡(120)에 회전 가능하도록 설치된 조절 플레이트(310)와, 조절 플레이트(310)의 회전을 지지하는 지지바(320)를 포함할 수 있다. 조절 플레이트(310)는 지지바(320)를 기준으로 축회전하여 제1 유체 유입구(121)의 개(開)도를 조절할 수 있다.The flow path control
유로 조절부(300)의 구동을 위해 연료전지 스택의 출력상태를 감지하는 센싱부(미도시)와, 센싱부에 의해 감지되는 출력상태에 따라 제1 유체의 유동 방향을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.A sensing unit (not shown) for sensing an output state of the fuel cell stack for driving the flow path control
다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 동작 과정을 설명한다.Next, an operation process of the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 센싱부에 의해 연료전지 스택의 출력상태를 감지한다. First, an output state of the fuel cell stack is sensed by the sensing unit.
예를 들어, 연료전지로 구동되는 차량의 시동이 off 상태인 경우, 센싱부는 연료전지 스택의 출력이 없는 것으로 감지하고, 제어부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 조절 플레이트(310)가 제1 유체 유입구(121)를 닫도록 제어한다.For example, when the vehicle driven by the fuel cell is in an off state, the sensing unit detects that there is no output of the fuel cell stack, and the control unit, as shown in FIG. Control to close the fluid inlet (121).
또한, 예를 들어, 센싱부에 의해 연료전지 스택의 출력상태가 저출력(저유량 운전)으로 감지되면, 제어부는 조절 플레이트(310)를 회전하여, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 유체 유입구(121)의 일부만 열리도록 한다.Also, for example, when the output state of the fuel cell stack is sensed as low output (low flow rate operation) by the sensing unit, the control unit rotates the
센싱부에 의해 연료전지 스택의 출력상태가 고출력(고유량 운전)으로 감지되면, 제어부는 조절 플레이트(310)를 회전하여, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 유체 유입구(121)가 모두 열리도록 한다.When the output state of the fuel cell stack is detected as high output (high flow rate operation) by the sensing unit, the control unit rotates the
이와 같이, 본 실시예의 연료전지 막가습기는, 연료전지 스택의 출력상태에 따라 제1 유체의 유동 방향을 조절하면서, 막가습기에서 과잉 가습 발생 및 응축수에 의한 플러딩을 방지할 수 있어서 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 연료전지 스택의 출력상태에 따라 제1 유체의 유동 방향을 조절할 수 있으므로, 연료전지 스택이 요구하는 최적의 습도로 유체 공급을 제어할 수 있게 된다.As described above, the fuel cell membrane humidifier of this embodiment can prevent excessive humidification and flooding caused by condensed water in the membrane humidifier while controlling the flow direction of the first fluid according to the output state of the fuel cell stack. can be improved. In addition, since the flow direction of the first fluid can be adjusted according to the output state of the fuel cell stack, it is possible to control the fluid supply to the optimum humidity required by the fuel cell stack.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by such as, and it will be said that it is also included within the scope of the present invention.
100 : 하우징부 110 : 하우징 몸체
120 : 하우징 캡 200 : 중공사막 모듈
210 : 중공사막 300 : 유로 조절부
310 : 조절 플레이트 320 : 지지바100: housing part 110: housing body
120: housing cap 200: hollow fiber membrane module
210: hollow fiber membrane 300: flow control unit
310: adjustment plate 320: support bar
Claims (7)
연료전지 스택의 출력상태에 따라 제1 유체 유입구를 통해 상기 하우징부로 유입되는 제1 유체의 유동 방향을 조절하는 유로 조절부,
상기 유로 조절부의 구동을 위해 상기 연료전지 스택의 출력상태를 감지하는 센싱부 및
상기 센싱부에 의해 감지된 상기 출력상태에 따라 상기 제1 유체의 유동 방향을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부
를 포함하며,
상기 제어부는 상기 센싱부에 의해 상기 연료전지 스택의 출력이 없는 것으로 감지되면 상기 유로 조절부가 상기 제1 유체 유입구를 닫도록 제어하며,
상기 제어부는 상기 센싱부에 의해 상기 연료전지 스택의 출력상태가 저출력(저유량 운전)으로 감지되면 상기 유로 조절부가 상기 제1 유체 유입구의 일부만 열도록 제어하고,
상기 제어부는 상기 센싱부에 의해 상기 연료전지 스택의 출력상태가 고출력(고유량 운전)으로 감지되면 상기 유로 조절부가 제1 유체 유입구가 모두 열도록 제어하는
연료전지 막가습기.
A housing part containing hollow fiber membranes in which a first fluid flows inside and a second fluid flows outside, the first fluid and the second fluid exchange moisture;
a flow path control unit for controlling a flow direction of a first fluid flowing into the housing unit through a first fluid inlet port according to an output state of the fuel cell stack;
a sensing unit for sensing an output state of the fuel cell stack for driving the flow path control unit; and
A control unit for outputting a control signal for controlling the flow direction of the first fluid according to the output state sensed by the sensing unit
includes,
The control unit controls the flow path control unit to close the first fluid inlet when it is detected that there is no output of the fuel cell stack by the sensing unit,
The control unit controls the flow path control unit to open only a portion of the first fluid inlet when the output state of the fuel cell stack is detected as low power (low flow rate operation) by the sensing unit,
The control unit controls the flow path control unit to open all of the first fluid inlets when the output state of the fuel cell stack is detected as high output (high flow rate operation) by the sensing unit.
Fuel cell membrane humidifier.
상기 제1 유체가 유입되는 제1 유체 유입구와, 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 유출구가 형성된 하우징 캡과,
상기 제2 유체가 유입되는 제2 유체 유입구와, 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 유출구가 형성된 하우징 몸체
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
The method according to claim 1, The housing unit,
a housing cap having a first fluid inlet through which the first fluid flows and a first fluid outlet through which the first fluid flows;
A housing body having a second fluid inlet through which the second fluid flows and a second fluid outlet through which the second fluid flows.
A fuel cell membrane humidifier comprising a.
상기 하우징 캡과 상기 하우징 몸체는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
3. The method according to claim 2,
The fuel cell membrane humidifier, characterized in that the housing cap and the housing body are integrally formed.
상기 제1 유체 유입구에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
The method according to claim 2, The flow control unit,
A fuel cell membrane humidifier, characterized in that it is formed in the first fluid inlet.
상기 제1 유체 유입구가 형성된 하우징 캡에 회전 가능하도록 설치된 조절 플레이트와, 상기 조절 플레이트의 회전을 지지하는 지지바를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기..
The method according to claim 4, The flow control unit,
A fuel cell membrane humidifier comprising: a control plate rotatably installed on the housing cap in which the first fluid inlet is formed; and a support bar supporting the rotation of the control plate.
상기 중공사막들은 상기 하우징부 내부에 카트리지 형태로 수용되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The hollow fiber membranes are fuel cell membrane humidifiers, characterized in that the cartridges are accommodated inside the housing.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170152490A KR102446774B1 (en) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Fuel cell membrane humidifier |
| PCT/KR2018/013799 WO2019098642A2 (en) | 2017-11-15 | 2018-11-13 | Fuel cell membrane humidifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170152490A KR102446774B1 (en) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Fuel cell membrane humidifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190055602A KR20190055602A (en) | 2019-05-23 |
| KR102446774B1 true KR102446774B1 (en) | 2022-09-22 |
Family
ID=66540350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170152490A KR102446774B1 (en) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Fuel cell membrane humidifier |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102446774B1 (en) |
| WO (1) | WO2019098642A2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102506033B1 (en) | 2022-11-28 | 2023-03-07 | 주식회사 디에스필터 | Humidification device of the fuel cell having by-pass function |
| KR102622265B1 (en) | 2023-10-20 | 2024-01-09 | 주식회사 디에스필터 | Cartridge for membrane humidifier |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102298888B1 (en) * | 2017-03-27 | 2021-09-08 | 현대자동차주식회사 | Humidifier for Fuel Cell |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016105021A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Hollow fiber membrane cartridge-type humidification module and method for manufacturing same |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2324214A (en) | 1997-04-08 | 1998-10-14 | Power X Limited | Synchronising arrangements |
| DE69736489T2 (en) | 1997-04-14 | 2006-12-28 | Thomson Inc., Indianapolis | SYSTEM FOR GENERATING PROGRAM MANAGEMENT INFORMATION FOR THE USER'S EXECUTION OF CONTROL AND COMMUNICATION FUNCTIONS |
| KR100316710B1 (en) | 1999-06-01 | 2001-12-12 | 윤종용 | Method and Apparatus for Instruction issuing in Out-of-Order for Parallel Processor |
| JP3777893B2 (en) | 1999-08-05 | 2006-05-24 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid crystal display |
| KR20010026696A (en) | 1999-09-08 | 2001-04-06 | 이중구 | Method for automatically measuring line of balance and apparatus thereof |
| KR100394827B1 (en) | 1999-12-22 | 2003-08-21 | 엘지전자 주식회사 | Program and data down loading method for restating processor of mobile communication exchage system |
| KR101278398B1 (en) | 2007-08-01 | 2013-06-24 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Hollow Fiber Membrane and Method for Manufacturing The Same |
| KR101398779B1 (en) | 2007-12-03 | 2014-05-28 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Fuel Cell Humidifier with Improved Cold Resistance |
| KR20090128005A (en) | 2008-06-10 | 2009-12-15 | 주식회사 코오롱 | Humidification system for fuel cell and fuel cell system using the same |
| KR101134428B1 (en) * | 2009-11-30 | 2012-04-10 | 기아자동차주식회사 | Membrane humidifier for fuel cell |
| KR101251256B1 (en) * | 2011-03-09 | 2013-04-10 | 기아자동차주식회사 | Humidification device for fuel cell |
| KR101393558B1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-05-09 | 기아자동차 주식회사 | Humidification device for fuel cell |
| KR101655619B1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-09-07 | 현대자동차주식회사 | Membrane humidifier for fuel cell and Air flow system using the same |
-
2017
- 2017-11-15 KR KR1020170152490A patent/KR102446774B1/en active IP Right Grant
-
2018
- 2018-11-13 WO PCT/KR2018/013799 patent/WO2019098642A2/en active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016105021A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Hollow fiber membrane cartridge-type humidification module and method for manufacturing same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102506033B1 (en) | 2022-11-28 | 2023-03-07 | 주식회사 디에스필터 | Humidification device of the fuel cell having by-pass function |
| KR102622265B1 (en) | 2023-10-20 | 2024-01-09 | 주식회사 디에스필터 | Cartridge for membrane humidifier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190055602A (en) | 2019-05-23 |
| WO2019098642A2 (en) | 2019-05-23 |
| WO2019098642A3 (en) | 2019-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102170523B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
| KR101134428B1 (en) | Membrane humidifier for fuel cell | |
| KR102252042B1 (en) | Assembly type cartridge block and hollow fiber membrane module comprising thereof | |
| KR102446774B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
| JP7438692B2 (en) | Humidifier for fuel cells | |
| JP7519546B2 (en) | Fuel Cell Membrane Humidifier | |
| KR102248995B1 (en) | Hollow fiber cartridge capable of controlling flow direction of fluid and fuel cell membrane humidifier comprising it | |
| EP3734730B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier capable of controlling flow direction of fluid | |
| KR20210004152A (en) | Humidifier for fuel cell | |
| KR102204066B1 (en) | Hollow fiber membrane module with hollow fiber membrane of different material and fuel cell membrane humidifier comprising thereof | |
| KR102236160B1 (en) | hollow fiber membrane module | |
| KR20220108567A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20230032782A (en) | Fuel cell humidifier | |
| KR20220108569A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20220097311A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR102685678B1 (en) | Fuel cell system with adjustable bypass air flow | |
| KR102671833B1 (en) | Automatic flow control cartridge and fuel cell humidifier comprising it | |
| US20240079613A1 (en) | Membrane humidifier for fuel cell | |
| KR20220111460A (en) | Fuel cell membrane humidifier with adjustable dry air flow | |
| KR20220108568A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20220117603A (en) | Fuel cell membrane humidifier with adjustable off-gas flow | |
| KR20230032781A (en) | Fuel cell humidifier | |
| KR20220126414A (en) | Fuel cell system with adjustable bypass air flow | |
| KR20220108570A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20220111462A (en) | Fuel cell membrane humidifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |